分波面法是将点光源的波阵面分割为两部分,使之分别通过两个光具组,经反射、折 射或衍射后交迭起来,在一定区域形成干涉。由于波阵面上任一部分都可看作新光源,而 且同一波阵面的各个部分有相同的位相,所以这些被分离出来的部分波阵面可作为初相位 相同的光源,不论点光源的位相改变得如何快,这些光源的初相位差却是恒定的。杨氏双 缝、菲涅耳双面镜和洛埃镜等都是这类分波阵面干涉装置。
分振幅法是当一束光投射到两种透明媒质的分界面上,光能一部分反射,另一部分折 射。最简单的分振幅干涉装置是薄膜,它是利用透明薄膜的上下表面对入射光的依次反射, 由这些反射光波在空间相遇而形成的干涉现象。由于薄膜的上下表面的反射光来自同一入 射光的两部分,只是经历不同的路径而有恒定的相位差,因此它们是相干光。
薄膜干涉又分为等倾干涉和等厚干涉,本文具体就等厚干涉展开研究。等厚干涉是由 平行光入射到折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉现象[1-3]。
研究等厚干涉的相关实验要求精准稳定,对实验人员的操作调试有着很高的要求,并 且一些环境因素(温度,湿度等)对光学实验结果也有一定的影响。因而在实际的实验操 作和观察上存在诸多不便。计算机仿真以其良好的可控性、无破坏、易观察及低成本等优 点,为数字化模拟现代光学实验提供了一种极好的手段。Matlab(矩阵实验室)是一款由 美国 The MathWorks 公司出品的商业数学软件。该软件有算法开发、数据可视化、数据分 析以及数值计算等作用[4]。利用 Matlab 对各种光学实验进行模拟仿真,操作简单,结果可 靠且形象,从而提供了一条稳定、简捷、直观的实验途径,克服普通实验的不利因素干扰。
本文将以等厚干涉进行理论为基础,应用 Matlab 进行相关光学实验仿真,并改变实验参数, 对比仿真结果,以研究不同因素对等厚干涉现象的影响。
本文主要内容安排如下:第二章对光的干涉现象及其原理进行说明分析,并着重研究 等厚干涉的相关性质与原理。第三章利用 Matlab 软件就等厚干涉实验的不同情况进行计算 机仿真以研究不同因素对等厚干涉现象的影响。
2 光的干涉
在波动光学里,光的干涉和衍射现象是光的波动性的主要表现特征[1]。本文具体就光 的干涉现象展开讨论。光的干涉现象的主要特征为:当两列或几列光波在空间相遇时相互 叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布(明暗条纹)。 而要产生干涉现象这里以双光束干涉为例,其必须满足以下条件:两列光波频率相同,相 位差恒定,振动方向一致[2]。
2。1 干涉的基本原理文献综述
在光学实验中,实验表明从两个独立的同频率的单色普通光源(例如钠光等)发出的 光相遇,并不能得到干涉图样,要明白为什么会发生这种现象,就要对光的相干性进行讨 论。光作为一种电磁波,传播着的是交变的电磁场,即场矢量 E 和 H。在这两个矢量中, 对人的眼睛或者感光仪器起作用的主要是电场矢量 E。在光的波动中将 E 作为光的振动矢 量,表示光矢量[1]。
如图 2。1 所示,设两个相同频率的单色光分别由 S1,S2 发出,在空间 p 点处相遇。其 光矢量分别为 E1 和 E2。
图 2。1 光场矢量
设这两个光矢量 E1 和 E2 的数值分别为:
E1 E10 cos(t 10 )
E2 E20cos( t 20 )